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TO252封装产品可靠性改善研究

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2024年10月13日发(作者:南宫清淑)

囝 蚕 垦 塾 鱼 

T0252封装产品可靠性改善研究 

温莉裙,费智霞 

(天水华天科技股份有限公司,甘肃天水741000) 

摘 要:在共模的条件下,TO252单基岛一双芯片封装产品因为粘片胶烘烤产生的挥发物质相互 

扩散造成框架/芯片沾污,及引线框架与塑封料之间的包容强度不够,容易发生离层现象:研究 

通过优化框架结构,在TO252引线框架基岛中部加“T”形孔,显著提高了产品的可靠性,其结果 

为单基岛双芯片封装产品的可靠性提升提供优化指导。 

关键词:单基岛双芯片;离层;“T”形孔;可靠性提高 

中图分类号:TN948.43 文献标识码:B 文章编号:1004—4507(2017)01—0039—04 

Research of Reliablity Improvement for TO252 

Package Product 

WEN Lijun,FEI ZhiXia 

(Tianshui Huatian Technology Co.,Ltd.,Tianshui 74 1 000,China) 

Abstract:TO252 single pad—two chips packaging products prone to delamination Under the condition 

of common mode,Because the interdiffusion of volatile substances after epoxy curing cause 

contamination of the lead frame/die,and poor attaching strength between the lead frame and molding 

compound.In this paper,the“T"-shaped hole is added to the TO252 lead frame pad,which greatly 

improves the reliability of the product.This result provides a guidance for enhancement reliability 

design of single pad—two chips package. 

Keywords:Single pad—two chips;Delamination;The“T”-shaped hole;Reliability improvement 

TO252封装产品是带有散热片的大功率器件 

塑料封装,常用于功率晶体管,稳压芯片等的封 

毁坏元件,同时,塑封体吸水后,在加热时会变成 

水汽,使塑封体受力膨胀,当其力超过塑封体与框 

装,比如:数码相机、LED电视、手机、新能源汽车 

等,应用范围非常广泛。 

架、芯片的粘接力时就会使塑封体与框架、芯片问 

产生离层或使塑料开裂,严重时甚至发生“爆米 

花”效应,如图1所示。 

TO252封装属于非气密性实体封装,封装过 

程中产生的湿气会产生足够的蒸汽压力,损伤或 

收稿日期:2017—01.11 

近年来集成电路封装材料、设备及工艺技术 

囫圜■衄(总第262期) 

先进封装技术与设备 电子工业专用设备 

度,容易发生分层现象。 

在TO252引线框架 岛中部加“T”N-fL,如图 

2所示,以此减少单个 片的粘片面积,增强框架 

与塑封料之间的包容强度,使结合面更加牢固;“T” 

研究进展迅速,尤其是封装材料及封装设备更是 

形孔阻止粘片胶相互扩散,减少框架/芯片沾污。 

I{益完善。选择合适的封装材料,如:低水汽含量、 

高粘接力环氧树脂 封料,低水汽含量、高剪切强 

度粘片胶等,和适合的工艺参数,来防止塑封体与 

村{架、芯,J_J词的离层或开裂问题;在加工过程中采 

用除湿工艺去除原材料吸附的水汽,制成品在包 

袈时采用真 防静电密封包装,在包装袋内放干 

燥剂解决,以提升塑封电路的可靠性。本文重点讨 

论通过优化引线框架结构,提升TO252单基岛双 

片封装广:品的可靠性研究。 

l研究内容 

1.1引线框架结构优化 

图2 T0252框架基岛中部加“T”形孔 

在共模的条件下,TO252单基岛双 片封装 

品:(1)双芯 I臼“IC+MOS”组成,分别采用“绝 

缘胶+导电胶”力l1]一,由] 同一、 面上,当粘片 

后烘烤时,挥发物质相互扩散,掉落附着在引线框 

1.2实验的材料与设备 

实验材料分别为TO252原结构框架(简记为 

LF0)和基岛中部“T”形孔结构框架(简记为 

LFT),框架基村均为Cu—Fe.P系的高导热KFC铜 

架 I 片 造成引线框架表面沾污,从而降低塑 

封料与引线框架之间的粘附力;(2)引线框架基岛 

If1 积偏大,减弱引线框架与塑封料之间的包容强 

合金材料,其成分如表1所示。采用相同的其它封 

装材料、封装设备与市H同的工艺参数封装产品。 

表l KFC铜合金成分I: 

1.3实验流程 

本实验所用先导分析实验流程如图3,可靠性 

品,选取180只合格样品按照JESD 22标准进行 

可靠性实验,如图4。为 确认实验的稳定性,随 

试验流程图如图4。 

1.4实验内容 

机选取芯片连续考核6次,如表3。 

2结果与讨论 

原结构引线框架封装产品MSL3后扫描均有离 

层现象,图5是离层情况比较严重的超声扫描照片。 

(1)将L 和LF 两种框架按普通封装流程加 

为成品,选取45 合格的样品按照JEDEC标准 

进行先导实验,如图3。为了实验的正确性和稳定 

性,随机选取不同芯片重复考核3次,如表2。 

(2)将LFT框架按普通封装流程加lI 为成 

基岛中部加“T”形孔结构引线框架封装产品 

经超声检测,均没有离层发生,接着考核4个 

项,电测试均合格。图6为超声扫描图片。 

团 

试验样品 

电测试,25℃ 

V 

藿 鲎塾 

表2实验方案及结果 

fail 

Pass 

鱼 

层考核结果 

外观检查 

V 

分层比例8%) 

Pass 

超声检测 

温度循环,-40"C---60"C5次 

高温贮存125(±5/0) ̄C24h 

V 

Fail 

Pass 

表3实验方案及结果 

NO. 产品型号 框架 

l 

芯片 

Die5/Die6 

可靠性考核结果 

Pass 

温热条件3级 

30℃,6O%ItH.192 

V 

2 

3 

4 

5 

6 

Die7/Die8 

TO252 LF 

1 

Pass 

Pass 

Pass 

Pass 

Pass 

Die9,Diel0 

D e1】/Diel2 

L Die13/Die14 

D e15/Diel6 

回流焊,3次 

{40X显微镜下外观检查 

超声检测 

 I

 I电测试,25 ̄C 

图3先导实验流程图 

描图片 

! 

j 鱼 

超声检测 

, 

J 

125(±5/0)℃ 

24 h 

高温贮存 

图6基岛中部加“T”形孔TO252 LF 

—————

王———一 

』回流焊,3次J 

电测试 

★ 

封装产品MSL3后扫描图片 

实验结果表明,选择合适的封装材料和工艺 

技术,和原结构框架封装产品相比,基岛中部加 

超声检测 

“T”形孔框架封装产品离层得到了显著改善,使 

得TO252单基岛双芯片封装产品可靠性得到了 

明显提高。 

3结束语 

现有封装材料的使用性能和设备能力已不再 

是影响产品可靠性的关键限制因素。在选择合适 

图4可靠性实验流程图 

的封装材料和工艺技术的前提下,针对单基岛面 

先进封装技术与设备 电子工业毫用设备 口 

积偏大的双芯片封装产品,在引线框架基岛中部 

[2] 范莉.铜基引线框架材料研究发展【J】.材料开发与应 

用,2008,8(4):101—107. 

加“T”形孔可以有效改善产品可靠性。这一研究 

结果可以为单基岛双芯片封装产品可靠性提升提 

供引线框架设计优化指导。 

参考文献: 

[1] 周建国.SOT23系列产品MSL1封装工艺研究[J].电 

子与封装,2012.5(1):5.10. 

S止.S止.址.5止.S .St .S止.址.址 

作者简介: 

温莉瑶(1985.),女,甘肃天水人,毕 

业于兰州理工大学,天水华天科技股份有 

限公司技术部工程师,主要从事半导体封 

装材料及集成电路封装可靠性研究。 

.S L.址.5也..S也.址.S屯.S . 止 . .S‘. 也.St.喜也. L.址.1止.‘ — .址.5止 .喜l上 —址 S止.址 址.址.S — 止—j止.址.S 址.j止 址.s止.5止. 止.鼻屯—喜 —S 儿

(上接第27页) 

质溶于水的能力,憎水基的憎水性代表溶油能力。 

硅氧化合物,这样在研磨的过程中,能增加硅片表 

面的润湿性,从而减少硅片表面点划伤缺点码的 

增多。普遍添加的是有机碱。其反应方程式如下: 

Si+2OH‘+H2O_÷Si03 +2H2 

4结语 

在半导体硅片加工工艺中,研磨的作用是不 

可忽视的。从研磨装置到研磨工艺参数,再到研磨 

液的配制等,都对硅片表面的质量有很大影响,尤 

其研磨液更是应主要考虑的因素。为了提高研磨 

有机碱除了有调节pH的作用以外,还对金属 

离子有螯合作用。研磨液一般用去离子水稀释十 

几倍后进行使用,目前所用到的有机碱通常是有 

机胺类,它具有一定的缓冲作用,使溶液的pH值 

在一定范围内保持稳定状态 。 

3.4表面活性剂 

液的性能,提高悬浮性,进一步降低表面张力, 

我们应该从其憎水基链的结构入手,通过大量试 

验,找出一个悬浮能力和表面张力都令人满意的 

憎水基链的结构。 

参考文献: 

[1] 刘玉岭,檀柏梅,孙光英,等.硅单晶片研磨液的研究 

[J].稀有金属,2001,25(6):431-433. 

[2] 杨杰,曾旭,李树岗,等.半导体硅材料研磨液研究进 

展[J].广东化工,2009,36(8):87-89. 

加入表面活性剂的目的主要是润湿磨料粒子 

与硅片表面,乳化研磨液内部组分,并在研磨过程 

中对硅片的研磨起到一定的润滑作用[61。溶液中 

加入表面活性剂,活性剂分子会借助润湿作用迅 

速在硅片和颗粒的表面铺展开,形成一层致密的 

保护层[7]。活性剂分子亲水基会与硅片表面形成 

多点吸附,磨料在硅片表面移动时,渗透压使溶液 

[3] 张伟.硅片研磨和研磨液作用的分析[J].微纳电子技 

术,2007,44(41:206.210. 

[4] 张伟,周建伟,刘玉岭,等.硅片研磨表面状态的改 

善和研磨液的改进【J].半导体技术,2006,31(10): 

758 761. 

中自由的活性剂分子及已吸附的活性剂分子的亲 

水基上未吸附的自由部分,积极地向硅片与磨料 

的接触缝隙间伸入,随时与硅片和磨料上出现的 

剩余自由键相吸引、结合,促使硅片与磨料问的作 

用力减小,对硅片的研磨起到润滑作用 。表面活 

[5】 蔡鑫泉.硅片研磨与磨削加工[J】.精密制造与自动 

化,1993,(1):43-46. 

性剂的科-类繁多,对于一定体系究竟采用哪种表 

面活性剂比较合适,效率最高,目前还缺乏理论 

指导。一般认为,比较表面活性剂分子的亲水基团 

的亲水性和亲油基团的亲油性是一项重要指标。 

[6】 赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京:北京大学 

出版社,1991. 

[7] 赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京:中 

国轻工业出版社,2003. 

由于每一个表面活性剂分子都包含亲水基团和憎 

水基团两部分。亲水基的亲水性代表表面活性物 

[8] 徐燕莉.表面活性剂的功能[M].北京:化学工业出版 

社,2000. 

2024年10月13日发(作者:南宫清淑)

囝 蚕 垦 塾 鱼 

T0252封装产品可靠性改善研究 

温莉裙,费智霞 

(天水华天科技股份有限公司,甘肃天水741000) 

摘 要:在共模的条件下,TO252单基岛一双芯片封装产品因为粘片胶烘烤产生的挥发物质相互 

扩散造成框架/芯片沾污,及引线框架与塑封料之间的包容强度不够,容易发生离层现象:研究 

通过优化框架结构,在TO252引线框架基岛中部加“T”形孔,显著提高了产品的可靠性,其结果 

为单基岛双芯片封装产品的可靠性提升提供优化指导。 

关键词:单基岛双芯片;离层;“T”形孔;可靠性提高 

中图分类号:TN948.43 文献标识码:B 文章编号:1004—4507(2017)01—0039—04 

Research of Reliablity Improvement for TO252 

Package Product 

WEN Lijun,FEI ZhiXia 

(Tianshui Huatian Technology Co.,Ltd.,Tianshui 74 1 000,China) 

Abstract:TO252 single pad—two chips packaging products prone to delamination Under the condition 

of common mode,Because the interdiffusion of volatile substances after epoxy curing cause 

contamination of the lead frame/die,and poor attaching strength between the lead frame and molding 

compound.In this paper,the“T"-shaped hole is added to the TO252 lead frame pad,which greatly 

improves the reliability of the product.This result provides a guidance for enhancement reliability 

design of single pad—two chips package. 

Keywords:Single pad—two chips;Delamination;The“T”-shaped hole;Reliability improvement 

TO252封装产品是带有散热片的大功率器件 

塑料封装,常用于功率晶体管,稳压芯片等的封 

毁坏元件,同时,塑封体吸水后,在加热时会变成 

水汽,使塑封体受力膨胀,当其力超过塑封体与框 

装,比如:数码相机、LED电视、手机、新能源汽车 

等,应用范围非常广泛。 

架、芯片的粘接力时就会使塑封体与框架、芯片问 

产生离层或使塑料开裂,严重时甚至发生“爆米 

花”效应,如图1所示。 

TO252封装属于非气密性实体封装,封装过 

程中产生的湿气会产生足够的蒸汽压力,损伤或 

收稿日期:2017—01.11 

近年来集成电路封装材料、设备及工艺技术 

囫圜■衄(总第262期) 

先进封装技术与设备 电子工业专用设备 

度,容易发生分层现象。 

在TO252引线框架 岛中部加“T”N-fL,如图 

2所示,以此减少单个 片的粘片面积,增强框架 

与塑封料之间的包容强度,使结合面更加牢固;“T” 

研究进展迅速,尤其是封装材料及封装设备更是 

形孔阻止粘片胶相互扩散,减少框架/芯片沾污。 

I{益完善。选择合适的封装材料,如:低水汽含量、 

高粘接力环氧树脂 封料,低水汽含量、高剪切强 

度粘片胶等,和适合的工艺参数,来防止塑封体与 

村{架、芯,J_J词的离层或开裂问题;在加工过程中采 

用除湿工艺去除原材料吸附的水汽,制成品在包 

袈时采用真 防静电密封包装,在包装袋内放干 

燥剂解决,以提升塑封电路的可靠性。本文重点讨 

论通过优化引线框架结构,提升TO252单基岛双 

片封装广:品的可靠性研究。 

l研究内容 

1.1引线框架结构优化 

图2 T0252框架基岛中部加“T”形孔 

在共模的条件下,TO252单基岛双 片封装 

品:(1)双芯 I臼“IC+MOS”组成,分别采用“绝 

缘胶+导电胶”力l1]一,由] 同一、 面上,当粘片 

后烘烤时,挥发物质相互扩散,掉落附着在引线框 

1.2实验的材料与设备 

实验材料分别为TO252原结构框架(简记为 

LF0)和基岛中部“T”形孔结构框架(简记为 

LFT),框架基村均为Cu—Fe.P系的高导热KFC铜 

架 I 片 造成引线框架表面沾污,从而降低塑 

封料与引线框架之间的粘附力;(2)引线框架基岛 

If1 积偏大,减弱引线框架与塑封料之间的包容强 

合金材料,其成分如表1所示。采用相同的其它封 

装材料、封装设备与市H同的工艺参数封装产品。 

表l KFC铜合金成分I: 

1.3实验流程 

本实验所用先导分析实验流程如图3,可靠性 

品,选取180只合格样品按照JESD 22标准进行 

可靠性实验,如图4。为 确认实验的稳定性,随 

试验流程图如图4。 

1.4实验内容 

机选取芯片连续考核6次,如表3。 

2结果与讨论 

原结构引线框架封装产品MSL3后扫描均有离 

层现象,图5是离层情况比较严重的超声扫描照片。 

(1)将L 和LF 两种框架按普通封装流程加 

为成品,选取45 合格的样品按照JEDEC标准 

进行先导实验,如图3。为了实验的正确性和稳定 

性,随机选取不同芯片重复考核3次,如表2。 

(2)将LFT框架按普通封装流程加lI 为成 

基岛中部加“T”形孔结构引线框架封装产品 

经超声检测,均没有离层发生,接着考核4个 

项,电测试均合格。图6为超声扫描图片。 

团 

试验样品 

电测试,25℃ 

V 

藿 鲎塾 

表2实验方案及结果 

fail 

Pass 

鱼 

层考核结果 

外观检查 

V 

分层比例8%) 

Pass 

超声检测 

温度循环,-40"C---60"C5次 

高温贮存125(±5/0) ̄C24h 

V 

Fail 

Pass 

表3实验方案及结果 

NO. 产品型号 框架 

l 

芯片 

Die5/Die6 

可靠性考核结果 

Pass 

温热条件3级 

30℃,6O%ItH.192 

V 

2 

3 

4 

5 

6 

Die7/Die8 

TO252 LF 

1 

Pass 

Pass 

Pass 

Pass 

Pass 

Die9,Diel0 

D e1】/Diel2 

L Die13/Die14 

D e15/Diel6 

回流焊,3次 

{40X显微镜下外观检查 

超声检测 

 I

 I电测试,25 ̄C 

图3先导实验流程图 

描图片 

! 

j 鱼 

超声检测 

, 

J 

125(±5/0)℃ 

24 h 

高温贮存 

图6基岛中部加“T”形孔TO252 LF 

—————

王———一 

』回流焊,3次J 

电测试 

★ 

封装产品MSL3后扫描图片 

实验结果表明,选择合适的封装材料和工艺 

技术,和原结构框架封装产品相比,基岛中部加 

超声检测 

“T”形孔框架封装产品离层得到了显著改善,使 

得TO252单基岛双芯片封装产品可靠性得到了 

明显提高。 

3结束语 

现有封装材料的使用性能和设备能力已不再 

是影响产品可靠性的关键限制因素。在选择合适 

图4可靠性实验流程图 

的封装材料和工艺技术的前提下,针对单基岛面 

先进封装技术与设备 电子工业毫用设备 口 

积偏大的双芯片封装产品,在引线框架基岛中部 

[2] 范莉.铜基引线框架材料研究发展【J】.材料开发与应 

用,2008,8(4):101—107. 

加“T”形孔可以有效改善产品可靠性。这一研究 

结果可以为单基岛双芯片封装产品可靠性提升提 

供引线框架设计优化指导。 

参考文献: 

[1] 周建国.SOT23系列产品MSL1封装工艺研究[J].电 

子与封装,2012.5(1):5.10. 

S止.S止.址.5止.S .St .S止.址.址 

作者简介: 

温莉瑶(1985.),女,甘肃天水人,毕 

业于兰州理工大学,天水华天科技股份有 

限公司技术部工程师,主要从事半导体封 

装材料及集成电路封装可靠性研究。 

.S L.址.5也..S也.址.S屯.S . 止 . .S‘. 也.St.喜也. L.址.1止.‘ — .址.5止 .喜l上 —址 S止.址 址.址.S — 止—j止.址.S 址.j止 址.s止.5止. 止.鼻屯—喜 —S 儿

(上接第27页) 

质溶于水的能力,憎水基的憎水性代表溶油能力。 

硅氧化合物,这样在研磨的过程中,能增加硅片表 

面的润湿性,从而减少硅片表面点划伤缺点码的 

增多。普遍添加的是有机碱。其反应方程式如下: 

Si+2OH‘+H2O_÷Si03 +2H2 

4结语 

在半导体硅片加工工艺中,研磨的作用是不 

可忽视的。从研磨装置到研磨工艺参数,再到研磨 

液的配制等,都对硅片表面的质量有很大影响,尤 

其研磨液更是应主要考虑的因素。为了提高研磨 

有机碱除了有调节pH的作用以外,还对金属 

离子有螯合作用。研磨液一般用去离子水稀释十 

几倍后进行使用,目前所用到的有机碱通常是有 

机胺类,它具有一定的缓冲作用,使溶液的pH值 

在一定范围内保持稳定状态 。 

3.4表面活性剂 

液的性能,提高悬浮性,进一步降低表面张力, 

我们应该从其憎水基链的结构入手,通过大量试 

验,找出一个悬浮能力和表面张力都令人满意的 

憎水基链的结构。 

参考文献: 

[1] 刘玉岭,檀柏梅,孙光英,等.硅单晶片研磨液的研究 

[J].稀有金属,2001,25(6):431-433. 

[2] 杨杰,曾旭,李树岗,等.半导体硅材料研磨液研究进 

展[J].广东化工,2009,36(8):87-89. 

加入表面活性剂的目的主要是润湿磨料粒子 

与硅片表面,乳化研磨液内部组分,并在研磨过程 

中对硅片的研磨起到一定的润滑作用[61。溶液中 

加入表面活性剂,活性剂分子会借助润湿作用迅 

速在硅片和颗粒的表面铺展开,形成一层致密的 

保护层[7]。活性剂分子亲水基会与硅片表面形成 

多点吸附,磨料在硅片表面移动时,渗透压使溶液 

[3] 张伟.硅片研磨和研磨液作用的分析[J].微纳电子技 

术,2007,44(41:206.210. 

[4] 张伟,周建伟,刘玉岭,等.硅片研磨表面状态的改 

善和研磨液的改进【J].半导体技术,2006,31(10): 

758 761. 

中自由的活性剂分子及已吸附的活性剂分子的亲 

水基上未吸附的自由部分,积极地向硅片与磨料 

的接触缝隙间伸入,随时与硅片和磨料上出现的 

剩余自由键相吸引、结合,促使硅片与磨料问的作 

用力减小,对硅片的研磨起到润滑作用 。表面活 

[5】 蔡鑫泉.硅片研磨与磨削加工[J】.精密制造与自动 

化,1993,(1):43-46. 

性剂的科-类繁多,对于一定体系究竟采用哪种表 

面活性剂比较合适,效率最高,目前还缺乏理论 

指导。一般认为,比较表面活性剂分子的亲水基团 

的亲水性和亲油基团的亲油性是一项重要指标。 

[6】 赵国玺.表面活性剂物理化学[M].北京:北京大学 

出版社,1991. 

[7] 赵国玺,朱步瑶.表面活性剂作用原理[M].北京:中 

国轻工业出版社,2003. 

由于每一个表面活性剂分子都包含亲水基团和憎 

水基团两部分。亲水基的亲水性代表表面活性物 

[8] 徐燕莉.表面活性剂的功能[M].北京:化学工业出版 

社,2000. 

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